Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Eine Möglichkeit zur Formgebung teilkristalliner Kunststoffe bietet der Spritzgießprozess. Während des Prozesses wird heiße Schmelze in die Kavität eines gekühlten Werkzeuges gespritzt, unter Druck ausgeformt und formstabil ausgeworfen. Aufgrund der auftretenden thermo-mechanischen Belastungen der Schmelze über den Bauteilquerschnitt und entlang des Fließweges entstehen lokal stark differenzierte Strukturen. Im Kernbereich fließt die Schmelze ungehindert, während am Rand durch hohe Kühl- und Scherraten eine Orientierung der Molekülketten erfolgt. Für den Randbereich sind daher vorwiegend feinkristalline bis horchorientierte Strukturen charakteristisch wohingegen im Kern größere kristalline Überstrukturen, wie z.B. radialsymmetrische Sphärolithe gebildet werden.
Diese – in einem spritzgegossenen Bauteil – unterschiedlichen Morphologien beeinflussen die mechanischen Eigenschaften. Da die mechanische Prüfung i. d. Regel an kompakten, genormten Bauteilen durchgeführt wird, ist eine Differenzierung der mechanischen Eigenschaften und deren Korrelation zu unterschiedlichen Strukturen nicht möglich. Dafür bedarf es gezielte Untersuchungen von einzelnen klar definierten Bereichen, wie z.B. mikromechanische Zugversuche an Dünnschnitten.
Im Rahmen eines durch das DPI (Dutch Polymer Institute, Programmbereich Polyolefine) geförderten Projektes (ProCryst #816) wurden an Dünnschnitten von spritzgegossenen Platten aus Polypropylen Mikrozugversuche in Abhängigkeit von Fließweg und Fließrichtung durchgeführt. Mit Hilfe eines Lichtmikroskops konnte im Polarisationskontrast die Deformation der Kern-Rand Strukturen verfolgt werden. Die erhaltenen optischen Ergebnisse wurden den quantitativen Ergebnissen (Spannung, Dehnung) des Mikrozuversuches zugeordnet und phenomenologisch korreliert. Bei Beanspruchung in Fließrichtung zeigen die Ergebnisse signifikant höhere Zugfestigkeiten im angussnahen Bereich, als Folge der hoch orientierten Randschicht. Die sphärolithischen Strukturen im Kernbereich erscheinen hingegen als Schwachstellen und brechen zunächst an den Strukturgrenzen auf.
Abstract
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